Por que a fonte MOSFET é indicada com seta?

Eu sei disso, um MOSFET básico contém fonte e dreno, e é um NMOS ou PMOS; é indicado por uma seta na fonte. Mas vamos olhar para um NMOS fabricado.

Aqui podemos ver facilmente que um pino é a fonte ou o dreno depende totalmente da conexão. Sem conexões, este dispositivo é simétrico. Mas veja os símbolos MOSFET convencionais. todos esses símbolos marcando um alfinete como fonte e outro como dreno. Por que é que ? Por que esses símbolos não são simétricos como o dispositivo?

Quando trabalho no Cadence, todos os símbolos esquemáticos têm esse tipo de símbolo onde as fontes são marcadas. Mas quando será usado para fabricação, a fonte e o dreno serão determinados pela conexão, não pelo símbolo.

MOSFETs de IC não são os mesmos que seus equivalentes discretos

Você está certo de que os MOSFETs de quatro terminais com difusão lateral (como aqueles que compõem os CIs CMOS) são dispositivos simétricos - o substrato ou poço é conectado separadamente ao potencial mais baixo ou mais alto (dependendo do tipo de FET que você possui) o circuito, enquanto a fonte pode ser elevada acima / abaixada abaixo do substrato / potencial do poço.

No entanto , 99% dos MOSFETs discretos produzidos ao longo da história e 100% dos MOSFETs discretos na produção atual usam uma estrutura diferente - em vez de ter a fonte e o dreno lado a lado, o dreno fica na parte inferior e a fonte é no topo, com o portão cortado no FET. Isso é chamado MOSFET vertical e é mostrado abaixo em sua forma moderna (ou seja, uma estrutura MOS de vala - os MOSFETs verticais anteriores usavam uma ranhura em V para o portão em vez da vala). Essas estruturas são inerentemente assimétricas e também se conectam ao substrato com a fonte, formando assim o diodo do corpo que é uma parte surpreendentemente útil de um dispositivo MOS de energia.

A seta não indica a direção do fluxo atual, indica a junção PN entre o corpo e o canal.

Se você usar o símbolo de 4 terminais, ele é simétrico:

No design de IC, os kits de design devem oferecer a opção de usar esses símbolos ou algo parecido, porque o corpo geralmente está vinculado ao potencial mais baixo ou mais alto de todo o IC (talvez com ainda mais flexibilidade para dispositivos PMOS em um n- processo de poço), não necessariamente para o mesmo terminal da fonte.

No design discreto, geralmente você está limitado a conectar o corpo ao mesmo terminal que a fonte.

Qualquer junção PN é um diodo (entre outras maneiras de criar diodos). Um MOSFET tem dois deles, bem aqui:

Esse grande pedaço de silício dopado com P é o corpo ou o substrato. Considerando esses diodos, pode-se ver que é muito importante que o corpo esteja sempre em uma tensão mais baixa que a fonte ou o dreno. Caso contrário, você desviará os diodos, e provavelmente não é isso que você queria.

Mas espere, fica pior! Um BJT é um sanduíche de três camadas de materiais NPN, certo? Um MOSFET também contém um BJT:

Se a corrente de dreno for alta, a tensão no canal entre a fonte e o dreno também poderá ser alta, porque RDS (ativado) RDS (ativado) é diferente de zero. Se for alto o suficiente para influenciar o diodo da fonte corporal, você não terá mais um MOSFET: você terá um BJT. Isso também não é o que você queria.

Nos dispositivos CMOS, fica ainda pior. No CMOS, você possui estruturas PNPN, que formam um tiristor parasitário. É isso que causa o travamento.

Solução: encurte o corpo até a fonte. Isso reduz o emissor-base do parasita BJT, mantendo-o firmemente. Idealmente, você não faz isso através de derivações externas, porque o "curto" também teria alta indutância e resistência parasitárias, tornando o "adiamento" do parasita BJT não tão forte. Em vez disso, você os coloca diretamente no dado.

É por isso que os MOSFETs não são simétricos. Pode ser que alguns projetos sejam simétricos, mas para criar um MOSFET que se comporte de maneira confiável como um MOSFET, é necessário encurtar uma dessas N regiões para o corpo. Para qualquer um que você fizer isso, agora é a fonte, e o diodo que você não interrompeu é o "diodo do corpo".

Isso não é nada específico para transistores discretos, na verdade. Se você possui um MOSFET de 4 terminais, é necessário garantir que o corpo esteja sempre na tensão mais baixa (ou mais alta, para dispositivos de canal P). Nos CIs, o corpo é o substrato de todo o CI e geralmente está conectado ao solo. Se o corpo estiver com uma tensão mais baixa que a fonte, considere o efeito do corpo. Se você der uma olhada em um circuito CMOS em que há uma fonte não conectada ao terra (como a porta NAND abaixo), isso realmente não importa, porque se B é alto, então o transistor mais baixo está ligado e aquele acima, ele realmente tem sua fonte conectada ao terra. Ou, B é baixo, e a saída é alta, e não há corrente nos dois transistores inferiores.

Coletado de: MOSFET: Por que o dreno e a fonte são diferentes?

FYI: Estou muito satisfeito com esta resposta detalhada que pensei que deveria estar aqui. Graças a Phil Frost

A fonte e o dreno nem sempre são iguais, isso é verdade principalmente para dispositivos discretos, mas também existem vários transistores integrados com uma estrutura diferente para a fonte e o dreno.

Os transistores integrados são frequentemente simétricos, o dreno e a fonte podem ser usados ​​de forma intercambiável. A seta no terminal "fonte" é usada para indicar o tipo de transistor (NMOS ou PMOS) e é usada para mapeá-lo adequadamente nos modelos de transistor subjacentes que às vezes são referenciados na fonte. Obviamente, os terminais podem ser usados ​​com dreno e fonte trocados e o modelo do transistor é revertido.

Finalmente, existem alguns kits de design nos quais não há seta de origem para explicar o fato de que os transistores são simétricos.